东华理工大学地球化学课件6(曹双林)PPT文档格式.ppt

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（2）

（2）同位素的分类同位素的分类ClassificationofIsotopes按原子核的稳定性分类按原子核的稳定性分类:

一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicIsotopicCompostionsCompostionsofElementsInNatureofElementsInNature同位素同位素放射性同位素放射性同位素RadioactiveIsotope稳定同位素稳定同位素StableIsotope放射性同位素的原子核是不稳定的，它们以一定方式自发的衰变（decay）成其它核素的同位素，比如238U206Pb（经过8次衰变和6次衰变）；

235U207Pb（经过7次衰变和4次衰变）。

凡原子核能稳定存在的时间大于1017a的就可称为稳定同位素。

一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicIsotopicCompostionsCompostionsofElementsInNatureofElementsInNaturev目前已发现的天然同位素：

340种稳定同位素：

273种放射性同位素：

67种v人工合成的放射性同位素：

1200多种v凡是原子序数（atomicnumber）大于83的、质量数（mass/nuclearnumber）大于209的同位素都是放射性同位素。

一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicIsotopicCompostionsCompostionsofElementsInNatureofElementsInNaturev在原子序数小于83、质量数小于209的同位素中，只有14C、40K、87Rb具放射性，其余均为稳定同位素。

稳定同位素还可以进一步分为：

轻轻稳稳定定同同位位素素和重稳定同位素重稳定同位素。

轻稳定同位素特点轻稳定同位素特点：

原子量小、同一元素的同位素间相对质量差大一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicIsotopicCompostionsCompostionsofElementsInNatureofElementsInNature同位素组成变化的主要原因是同位素分馏造成（不可逆）。

重稳定同位素特点重稳定同位素特点原子量大、同一元素的同位素间相对质量差小；

同位素组成变化的主要原因是由放射性衰变引起（不可逆）一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicIsotopicCompostionsCompostionsofElementsInNatureofElementsInNature2.自自然然界界同同位位素素成成分分变变化化VariationVariationofofIsotopicIsotopicCompositionsinNatureCompositionsinNature

（1）稳定同位素分馏稳定同位素分馏IsotopicFractionation：

轻轻稳稳定定同同位位素素的的相相对对质质量量差差较较大大，在在自自然然作作用用过过程程中中由由于于这这种种质质量量差差异异引引起起的的同同位位素素相相对对丰度的变异，称为丰度的变异，称为同位素分馏（作用）。

根据分馏作用的性质和条件，同位素分馏可分为：

一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicIsotopicCompostionsCompostionsofElementsInNatureofElementsInNature物物理理分分馏馏PhysicalFractionation:

也称为质量分馏，由质量引起的一系列物理性质的微小差异，如密度（density）、熔点（meltinggpoint）、沸点（boilingpoint）等.动动力力分分馏馏DynamicFractionation:

含有两种同位素的两类分子时，它们参加化学反应的活性（activity）有差异。

质量不同的同位素分子具有不同的分子振动频率（vibrationfrequency）和化一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicIsotopicCompostionsCompostionsofElementsInNatureofElementsInNature学键强度。

轻同位素形成的键比重同位素的键更易破裂，因此轻同位素的反应速率高。

e.g.C+e.g.C+1616OCOC1616OO22KK11C+C+1616OO1818OCOC1616OO1818OOKK22KK11/K/K22=1.18=1.18平平衡衡分分馏馏EquilibriumFractionation：

在化学反应中反应物和生成物之间由于物态、相态、价态以及化学键性质的变化，使轻重同位素分别富集在不同分子中而发生的分异叫平衡分馏一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理1/3CaC1/3CaC1616OO33+H+H221818OO1/3Ca1/3Ca1818OO33+H+H221616OO生物化学分馏生物化学分馏BiochemicalFractionation：

生物活动和有机反应引起的同位素分馏，包括C、S、N等元素的同位素等。

（2）同位素丰度的表示方法同位素丰度的表示方法ExpressionsofIsotopicAbundance:

同位素比值同位素比值（IsotopicRatio）或同位素丰度或同位素丰度比比（R）：

单位物质中某元素的重同位素和轻同位素的原子数之比称为同位素比值。

一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理陨石中硫同位素：

R=34S/32S=1/22.22；

大气中氧同位素：

R=18O/16O=0.1995/99.763=0.002同位素分馏系数同位素分馏系数FractionationFractionationParameter（Parameter（）:

）:

在同位素分馏达到平衡的条件下，二种物质中某元素的相对同位素比值之商称为同位素分馏系数。

一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicIsotopicCompostionsCompostionsofElementsInNatureofElementsInNature同位素交换反应式：

aA1+bB2aA2+bB1（A、B为含有相同元素的两种分子，1和2分别代表轻和重同位素，a、b为分子系数）=R=RAA/R/RBB=（A=（A22/A/A11）/（B）/（B22/B/B11）e.g.CC1616OO22+3H+3H221818O-CO-C1818OO22+3H+3H221616OO=（=（1818O/O/1616O）O）CO2CO2/（1818O/O/1616O）O）H2OH2O=1.0407（25=1.0407（25时时）一般来说值几乎都接近1，当=1时，说明未产生分馏，当与1的偏差越大，说明分馏作用越强。

=Ka/b一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicIsotopicCompostionsCompostionsofElementsInNatureofElementsInNature同位素分馏的通用表达法同位素分馏的通用表达法（Expression）（Expression）选定某一个样品的R值做标准，其它样品的R值与该标准对照，便可知道这些样品的同位素比标准富集或贫化的程度。

通常，这种相对富集或相对贫化的程度用表示：

（）=（R样-R标）/R标1000=（R样/R标-1）10000，样品比标准更富集；

0，比标准更贫化；

=0，与标准具相同同位素比值。

一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理如：

18O（）=（18O/16O）样品-（18O/16O）标准/（18O/16O）标准1000同位素标准同位素标准（Standard）（Standard）及其条件：

及其条件：

同位素组成均一，接近天然同位素组成变化范同位素组成均一，接近天然同位素组成变化范围的中间值；

围的中间值；

数量大，便供长期使用；

化学制备和同位素测试操作方便、简易。

一些国际通用标准一些国际通用标准（InternationalStandard）（InternationalStandard）：

一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理SMOWSMOWstandardmeanoceanwaterstandardmeanoceanwaterH/OH/O同位素标准同位素标准PDBPDBPeedeePeedeeBelemnite（Belemnite（南卡罗林纳州白南卡罗林纳州白垩系）垩系）C/OC/O同位素同位素CDTCDTCanyonDiabloCanyonDiablotroilitetroilite（亚利桑纳（亚利桑纳州迪亚布罗峡谷铁陨石中的陨硫州迪亚布罗峡谷铁陨石中的陨硫铁铁）SS同位素同位素NBS-1NBS-1NationalstandardbureauNationalstandardbureau（PotomacRiver（PotomacRiver蒸馏水蒸馏水）H/OH/O同位素同位素一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理一、自然界同位素成分变化的机理还还有有国国家家标标准准、参